普通地质学的理论外力地质作用与沉积岩

1、普通地质学的理论外力地质作用与沉积岩4.1.1 引起外力地质作用的因素一、大气 大气圈的地质意义： O2氧化作用，生命的存在； CO2植物制造有机质、生物成岩，参与化学反应； H2O风化作用，流动成风，动力。 大气圈是生命的保护圈。 由于大气圈的存在，地表才有了适宜的温度。4.1 外力地质作用的一般特征 二、水 水具有特殊的物理化学性质，水在地球温度变化范围内的三态变化和水是一种良好的溶剂，是水作为一种很重要的地质营力的保证。 三、生物 植物的根劈作用； 生物体通过光合作用吸收CO2、放出O2； 生物本身就是某种矿产和岩石的组成物质，如：煤、石油和生物碎屑灰岩等。Halite（岩盐）Na+ i

2、s attracted to OH- side of water moleculesCl- is attracted to the H+ side of water moleculesWater can also react with another compound to form an acid.H2O + CO2 H2CO3 (Carbonic acid)The acid can then decompose minerals.H2CO3 + CaCO3 Ca+2 + 2HCO3- (Bicarbonate)Removed by erosionCalciteHYDROLYSIS（水解作用

3、）H+ and OH- ions in water displace other ions in a mineral structure producing a new mineral.Feldspars are readily changed by hydrolysis.2KAlSi3O8 + 2H+ + 9H2O Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+OrthoclaseFeldsparKaoliniteSilicicAcidROOT WEDGING（根劈作用）Trees grow in cracks in rocks and the force related toe

4、xpansion with growth breaks the rocks.LIVING ORGANISMSMix up soil exposing more material to surface forweathering reactions.FROST WEDGINGWater expands when frozen.Expands 9%.Water trapped in cracks freezes and expands.Actively fractures the rock.Works best where temperaturesfluctuate above and below

5、0C (32F).When water melts, it seepsdeeper into the crack andthen refreezes. 太阳能：使地表温暖，并引起大气的循环、水的运动、生命的活动等，从而引发各种地质作用的发生；重力能：重力支配下形成风、流水、冰川、湖水和海水的运动，物质降落和沉淀，山崩、地滑，生物生长和演化等；日月引力能：形成海水潮汐，从而对海岸改造。4.1.2 引起外力地质作用的能源4.1.3 外力地质作用的类型一、风化作用（weathering） 岩石受外部因素作用后发生机械崩解和化学分解，使坚硬的岩石变为松散的碎屑及土壤。风化作用的类型根据风化作用的方式和

6、特点，风化作用可分为: 物理风化作用(Physical Weathering) 化学风化作用 (Chemical Weathering) 生物风化作用(Organism Weathering) 自然界中各类矿物抗风化能力顺序： 氧化物、氢氧化物硅酸盐碳酸盐硫化物卤化物、硫酸盐常见矿物抗风化能力顺序： Quartz石英Muscovite白云母Alkali Feldspar钾长石Biotite黑云母Amphiboles角闪石Pyroxenes辉石Ca-rich plagioclase富钙斜长石 Olivine橄榄石二、剥蚀作用（Denudation） 剥蚀作用 指各种运动的介质在其运动过程中，使地

7、表岩石产生破坏并将其产物剥离原地的作用。 剥蚀作用按方式有机械、化学和生物剥蚀作用三种。 由于其产生的营力特点不同，剥蚀作用又可进一步划分为地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川、风等的剥蚀作用。WEATHERING and the BREAKDOWN of ROCKS三、搬运作用(Transportation) 搬运作用 自然界中的风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称为搬运作用。 主要包括机械搬运（流水、风）和化学搬运（真溶液、胶体），生物搬运作用意义较小。四、沉积作用(Sedimentation) 被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后，由于介质条件变化而发生沉淀、堆积的过

8、程称为沉积作用。 由沉积作用形成的松散物质叫沉积物。 陆地和海洋是地球表面最大的沉积单元。 沉积方式基本可分为3种类型，即机械沉积（流速、风速的降低）、化学沉积（介质物理、化学条件发生变化）和生物沉积（生物遗体）。 沉积物按其性质可分为以下几类： 碎屑沉积物(Clastical Sediment)：机械沉积作用形成的物质。 化学沉积物(Chemical Sediment)：化学沉积形成的沉积物质。 生物沉积物(Biological Sediment)：生物沉积作用形成。 生物化学沉积物(Bio-Chemical Sediment)：生物化学沉积作用 形成的物质。五、固结(成岩)作用(Conso

9、lidation) 由松散的沉积物转变为沉积岩的过程称为固结成岩作用。 由沉积物经成岩作用形成的岩石称为沉积岩。 固结成岩作用的主要原因： 压固作用 (Compression) 胶结作用(Cementation) 重结晶作用(Recrystalliation) 新矿物的生长4.2 沉积岩的特征 421 沉积岩中的矿物及组成 沉积岩的矿物及组成有四类： 一、矿物和岩石碎屑：岩石风化破碎后 的产物。 二、胶结物：胶结碎屑的物质。 三、自生矿物：在沉积和成岩过程中生成的矿物。 四、生物碎屑和化石：沉积物中的动、植物遗体或碎片。矿物和岩石碎屑（1）石英、钾长石、钠长石、白云母。（2）粘土矿物、方解石、

10、白云石、石膏（岩浆岩中不出现）。（3）赤铁矿、褐铁矿、玉髓、蛋白石、胶结物。（4）橄榄石、辉石、黑云母、角闪石、中性及基性斜长石（沉积岩中少见）。4.2.2 沉积岩的结构定义：是指沉积岩组成物质的颗粒组成、性质、形状、大小、磨园度和胶结方式等。分为：碎屑结构、非碎屑结构。碎屑结构由碎屑物质、基质和胶结构物质三部分组成。基质（杂基）胶结物碎屑结构按颗粒大小划分： 砾状（gravelly） 粒径 2mm 砂状（sandy） mm mm mm mm 粉砂状（silty） mm 泥状（mudy） mm近远碎屑结构按颗粒棱角磨损程度（磨圆度）划分：棱角状次棱角状次圆状圆状搬 运 由 远 到 近碎屑结构按

11、分选性划分：分选好，颗粒大小以同一粒级为主分选中等，由相邻粒级组合而成分选差， 颗粒大小跨粒级混杂化学沉积的晶质结构 非碎屑结构 颗粒由化学沉积作用或生物、生物化学沉积作用形成的结构。大多是晶质或隐晶质，或由生物体搭成骨架。 生物沉积形成的生物骨架结构 一、成分颗粒： 岩屑原先岩石的碎块，见于砾岩、粗砂岩中。 矿屑石英、长石、白云母等。 生物碎片，火山碎屑。胶结物：钙质、硅质、铁质、泥质。 4.2.3 沉积岩的成分和颜色二、颜色Color成份： 铁质胶结红色 钙质、硅质胶结白、灰色 含炭质黑色。胶结物：氧化环境红色；还原环境黑色Iron oxides and sulfides along wi

12、th buried organic matter give rocks a dark color.Indicates deposition in a reducing environment.Deposition in oxidizing environment produces red colored iron oxides.4.2.4 沉积岩的构造岩石各组成部分的空间分布与排列形式称为构造。沉积物（岩）的构造又称沉积构造。沉积岩在解释地球历史时显得特别重要，地质学家能根据岩石的原生构造，推断出岩石的历史，包括原岩的组成、搬运的形式和距离以及颗粒成岩时的自然环境，即沉积环境。沉积岩在地球表面

13、沉积，因此能保存并提供原物质聚集地的物理、化学和生物环境情况的线索，进而追溯其历史。沉积构造的类型有： 层理构造、层面构造、结核构造、生物扰动构造、 变形构造 一、层理（Bedding） 沉积物（岩）中不同的颜色、成分、结构、定向性等性质在垂向上显示的特征称层理构造。 层理构造是沉积物（岩）成层性的表现，是沉积物（岩）最基本、最特征的构造类型。 层理构造由纹层（细层）、层系、层系组构成。可分为：平行层理(Parallel Bedding)、斜层理(Slope Bedding)、交错层理(Cross Bedding)、递变层理(Graded Bedding)。斜层理水平（平行）层理交错层理Cro

14、ss Bedding - Sets of beds that are inclined relative to one another. The beds are inclined in the direction that the wind or water was moving at the time of deposition.Boundaries between sets of cross beds usually represent an erosional surface. Very common in beach deposits, sand dunes, and river d

15、eposited sediment.递变（粒序）层理 在动能特强的水流条件下，粗大的砂 砾和细粒的泥，均 在水中呈悬浮状态，当水动能突然下 降时，碎屑颗粒在重力分选作用下迅 速下沉，所形成的 碎屑粒径向上逐渐变细的层理称递变层理。二、层面构造Surface Features 包括：波痕、泥裂、印痕、雨痕、生物痕迹。 波痕是沉积介质动荡的标志。更重要的是波痕还可用来判断岩层的顶底，出现波痕的一侧为顶。 地质学家能通过波痕的形状来判断沉积时流水或风的运动方向。 单向动力条件形成的波痕双向动力条件形成的波痕Ripple Marks Characteristic of shallow water de

16、position. Caused by waves or winds.泥裂是由岩层表面垂直向下的多边形裂缝。泥裂的产生表明当时的沉积环境是在干燥与湿润之间变化的。当暴露于空气中时，湿泥蒸干、萎缩形成裂痕。泥裂经常与浅湖和沙漠盆地相联系，即是滨海或滨湖地带的泥质沉积物，暴露水面后失水变干收缩而成。利用泥裂也可以确定岩层的顶底，开口方向为顶，尖灭方向为底。Mudcracks - result from the drying out of wet sediment at the surface of the Earth. The cracks form due to shrinkage of the

17、 sediment as it dries.印痕恐龙足迹生物痕迹雨痕三、结核构造后生结核 在固结成岩作用后形成的结核，结核切割层理。同生结核 在沉积过程中形成的结核，层理围绕结核。成岩结核 在固结成岩过程中形成的结核，切割层理，但结核顶底层理围绕结核。四、缝合线岩石剖面中呈踞齿状起伏的曲线。发育于易溶蚀的石灰岩、白云岩及钙质砂岩。规模较大的缝合线是沉积作用短暂仃顿或间断时在沉积物表面发生溶蚀作用形成的溶沟、溶槽及石牙，后被同类沉积物充填覆盖而成。4.3 主要的沉积岩 由机械沉积作用产生的碎屑沉积物所形成的岩石称碎屑岩。 分为：砾岩与角砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。 沉积岩按其成因及组成物的不同分

18、为碎屑岩、化学岩和生物岩三大类4.3.1 碎屑岩 碎屑岩按组成岩石的主要碎屑物的粒径及成分进行分类命名，按粒径大小分四类： 砾岩与角砾岩 粒径2mm的砾石占50以上 砂岩 mm的砂粒占50以上 （肉眼可明显分辨碎屑颗粒） 粉砂岩mm的粉粒占50以上 （用放大镜才能分辨碎屑颗粒） 粘土岩mm的粘粒占50以上 （用放大镜也不能分辨颗粒，需用显微镜及电子显微镜观察） 一、砾岩与角砾岩 以园次园状砾石为主，称砾岩(conglomerate)。 以棱角次棱角状砾石为主，称角砾岩（breccia)。 再根据砾石的主要成分作进一步命名： 如砾石主要是石英，称石英质砾（角砾）岩。角砾岩 砾岩 二、砂岩（san

19、dstone） 砂岩按其粒径大小作进一步分类： 粗砂岩mm的砂粒占50以上。 中砂岩mm的砂粒占50以上。 细砂岩mm的砂粒占50以上。 再根据碎屑、胶结物及基质成分进行命名： 细砂岩中碎屑以石英为主，长石次之，CaCO3胶结，称细粒钙质长石石英砂岩。 粗砂岩中碎屑以岩屑为主，其次是长石，泥质胶结，称粗粒泥质长石岩屑砂岩。 细砂岩中碎屑以长石为主，石英次之，硅质胶结，称细粒硅质石英长石砂岩。 三、粉砂岩(siltstone) 粉砂岩为远源细粒沉积，碎屑成分都以石英为主、少量长石和其它成分。进一步的命名，着重考虑胶结物成分及颜色。 CaCO3胶结，称钙质粉砂岩泥质胶结，称泥质粉砂岩 SiO2胶结

20、，称硅质粉砂岩 沉积岩的不同颜色可反映不同的沉积环境： 褐红色泥质粉砂岩 灰黄色钙质粉砂岩 极浅水、强氧化 浅水、弱氧化 灰绿色钙质粉砂岩 灰黑色硅质粉砂岩 较浅水、弱还原 较深水、强还原 四、粘土岩 主要由粘土矿物组成。 固结微弱者，称粘土（clay)； 固结较好，但无层理者，称泥岩(mudstone)； 固结好，且具良好层理者，称页岩（shale)。 粘土岩中除粘土矿物外常混入粉砂、细砂及CaCO3、SiO2、Fe2O3nH2O、有机质等化学与生物沉积物。粘土岩因混入物的不同而具有不同的颜色，因此，粘土岩以颜色和混入物的成分， 作进一步的命名： 棕红色泥岩、黄绿色钙质泥岩、黑色硅质页岩 浅

21、水、强氧化 弱氧化 弱还原 深水、强还原 泥岩4.3.2 化学岩 由化学沉积作用，产生的硅质（ SiO2 ）、钙质（ CaCO3 ）、白云质（ MgCO3）、铝质（Al2O3nH2O）、铁质（ Fe2O3nH2O ）、锰质（ MnOMnO2nH2O）、磷质（P205nH2O）等化学沉积物，形成的岩石，称为化学岩。化学岩按其主要成分分类有：硅质岩、灰岩、白云岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩等。 硅质岩的主要组成矿物是微粒石英、玉髓，少量蛋白石。主要鉴定特征是硬度大于小刀。 主要产于较深水深水强还原环境，大多含有机质，故色呈灰黑色；呈结核状产出时，称硅质结核，又称燧石结核。 在浅水氧化弱还原环境

22、中形成的含氧化铁的硅质岩，有时带红色色调，有时带黄色或绿色色调，称碧玉(Jasper）；当呈同心园状构造时称为玛瑙（Agate)。 在溶洞、裂隙中形成的质轻多孔的硅质岩，称硅华（Siliceous tufa）。 硅质岩与粘土岩的过渡类型为硅质页岩（Siliceous shale）一、硅质岩（Siliceous rock)Composed largely of silica (SiO2).Most are inorganic.Precipitate from SiO2-rich waters.Can occur as nodules.Cavities in limestone or dolomi

23、te fill with silica. 简称灰岩，主要由方解石组成。鉴别特征是硬度小于小刀，遇稀酸剧烈起泡(放出CO2）。 碎屑结构的灰岩中，碎屑成分都是CaCO3，有三种类型的碎屑： (1)海盆先固结的碳酸钙被波浪打碎后形成的碎屑，又称内碎屑； (2)从海水中凝聚形成的浑圆状或团块状CaCO3碎屑； (3)动植物的介壳、骨骼、茎叶被波浪打碎形成的生物碎屑。 二、石灰岩（Limestone）LIMESTONEComposed of Calcite (CaCO3).Originate in warm, marine environments.Organisms extract Ca+2 and

24、 CO2 from water to makeskeletons.Upon death, skeletal material accumulates formingLIMESTONE.Most limestones form in shallow waters on continentalshelves in equatorial regions.Can also form in deep water.碎屑结构的灰岩按碎屑及胶结物特征命名： 内碎屑形状似竹叶，命名为竹叶状灰岩； 由球粒或团块构成，分别称球粒或团块灰岩； 由鲕粒或豆粒构成，分别称鲕粒或豆粒灰岩； 由生物碎屑构成，称生物碎屑灰岩。

25、SEDIMENTATION AND SEDIMENTARY ROCKSLIMESTONEFossiliferous LimestoneSEDIMENTATION AND SEDIMENTARY ROCKSLIMESTONELithographic Limestoneor Micrite 主要由白云石组成。主要鉴别特征是硬度小于小刀；遇冷酸不起泡，但粉末点酸起泡）放出（C02）。 白云岩与灰岩的化学成分相近，又成因上有联系，因此两者中存在许多过渡类型，按方解石和白云石的相对含量的大小进行命名： 灰岩白云质灰岩灰质白云岩白云岩 方解石100 0 白云石0 100三、白云岩SEDIMENTATION

26、 AND SEDIMENTARY ROCKSCHEMICAL SEDIMENTARY ROCKSDOLOMITEComposed of the mineral dolomite (Ca,Mg(CO3)2).Similar to limestone in appearance.Not really exactly sure how it is deposited. 四、盐岩 石盐，钾石盐、石膏、芒硝、苏打、硼砂等。4.3.3 生物岩 碳质可燃有机岩：煤、泥炭 沥青质可燃有机岩：石油、天然气、地蜡、沥青等。 4.4 沉积环境不同的沉积岩形成于不同的沉积环境中，因此可以根据沉积岩判断这些岩石形成时的沉积环境。如石灰岩形成于海相沉积环境；而红色砂岩形成于干旱的陆相沉积环境。 沉积地层往往是在一定的地表沉积环境（如浅海、滨海、湖泊、河流等）中形成的，不同的沉积环境形成